解码CXL存储器扩展设备（上）

作者：Kapil Sethi，三星半导体DRAM产品计划部高级经理

近年来，人工智能、机器学习和云计算等技术不断发展，产生了海量的数据。随着数据驱动型技术的兴起，对更强大计算机硬件架构的需求也随之产生。为了创造强大的处理器，人们在单个处理器芯片上集成越来越多的内核，以满足数据密集型应用的处理和性能需求。然而，存储器带宽和容量未能跟上CPU（中央处理器）内核数量的增长步伐，使处理器和存储器性能之间出现鸿沟。

而存储器容量和带宽方面的需求得不到满足，正不断推动现有存储器技术突破创新。由于现有常规DRAM的设计存在局限，使存储器容量的扩展难以突破既定量级，因此需要全新的存储器接口技术。此外，人工智能 (AI) 和大数据的兴起推动了异构计算的潮流，多个不同类型的处理器能够并行处理大量数据。

为了顺应发展和变化，针对异构计算和组合基础架构开发下一代互联技术，以实现高效的资源利用。

什么是Compute Express Link™(CXL)？

CXL是CXL™联盟开发的一项开放式互联新标准，基于PCIe物理层的高速、低延迟CPU到设备互连技术。CXL可在主机CPU和互联设备（例如加速器和存储器扩展设备）之间提供高效连接。

CXL事务层由汇总到单个链路的三个动态多路通信子协议组成。这些协议分别称为CXL.io、CXL.cache和CXL.mem。CXL设备连接到CXL主机时，通过CXL.io协议进行发现、枚举、配置和管理。CXL.cache支持CXL设备访问处理器内存，CXL.mem则支持处理器访问CXL设备存储器。CXL.cache和CXL.mem协议栈已通过优化实现低延迟。

图：CXL设备类型（来自CXL联盟）

CXL联盟确定了三种不同的设备类型：

Type 1 CXL设备是一种缓存设备，例如加速器和SmartNICs（智能网卡）。Type 1设备可通过CXL.cache事务访问主机内存，并维护与主机内存一致的本地缓存。

Type 2 CXL设备是GPU和FPGA（现场可编程逻辑门阵列，AI芯片的一种），具有挂载到设备的DDR（双倍数据率同步动态随机存储器）和HBM（高带宽存储）等存储器。Type 2 CXL设备可以像Type 1 CXL设备一样直接访问主机挂载的存储器。除此之外，Type 2 CXL设备具有本地地址空间，主机CPU可以通过 CXL.mem事务查看和访问该地址空间。

Type 3 CXL设备是内存扩展设备，支持主机处理器通过cxl.mem事务一致地访问CXL设备存储器缓存。Type 3 CXL设备可用于实现存储器容量和带宽的扩展。

三星CXL存储器扩展设备的更多亮点正在解码中。在下篇中，我们将主要探讨三星Type 3 CXL设备的特点和开源CXL软件，敬请期待！

审核编辑 黄宇